[發(fā)明專利]一種制備任意截面聚合物波導(dǎo)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010045435.3
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111168237B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫洪波;侯智善;陳岐岱
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: B23K26/082
• 分類號: B23K26/082;B23K26/064;B23K26/142;B23K26/70;B08B3/08
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純

本發(fā)明公開了一種制備任意截面聚合物波導(dǎo)的方法，屬于集成光學(xué)芯片波導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，利用飛秒激光和紫外光源對波導(dǎo)殼體和內(nèi)芯進(jìn)行分步曝光，實現(xiàn)對具有復(fù)雜截面的微米級別波導(dǎo)的加工。在分步曝光中，先利用飛秒激光直寫掃描波導(dǎo)結(jié)構(gòu)表層，通過顯影便可實現(xiàn)對波導(dǎo)殼體的快速定型；由于所形成的致密波導(dǎo)殼體對內(nèi)芯未交聯(lián)的聚合物單體形成了嚴(yán)密包覆，顯影后內(nèi)芯的聚合物單體仍保持未交聯(lián)狀態(tài)；再對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體紫外曝光，使得波導(dǎo)內(nèi)芯均勻交聯(lián)，形成折射率均一的介質(zhì)，從而實現(xiàn)對整個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加工。本發(fā)明的方法在不犧牲長程波導(dǎo)外部精細(xì)度的前提下，實現(xiàn)了快速制備復(fù)雜長程片上聚合物基波導(dǎo)的目標(biāo)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中精細(xì)與耗時難以兼顧的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成光學(xué)芯片波導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及可集成可拓展的片上長程具有任意截面聚合物基波導(dǎo)的制備，利用飛秒激光雙光子聚合精確定制波導(dǎo)殼體結(jié)構(gòu)及空間構(gòu)型，定型后輔助紫外光刻方法對器件整體進(jìn)行曝光，實現(xiàn)介質(zhì)內(nèi)部均勻穩(wěn)定排布，以實現(xiàn)片上長程波導(dǎo)的快速制備。

背景技術(shù)

隨著電子器件的不斷變小，集成電路的密度不斷增大，量子隧穿，散熱等問題變得尤為突出，人們開始致力于利用光子進(jìn)行信息計算和交流。目前仍處于實驗階段的光子芯片僅需要老舊的微米級工藝就可達(dá)到大幅超越既有半導(dǎo)體芯片的計算能力，也因此未來工藝微縮空間極大。而憑借芯片密度的增加，性能還能大幅成長，甚至有機(jī)會徹底改寫摩爾定律的限制。然而目前集成光子芯片的主流仍然是基于集成電子芯片土壤孕育的硅光芯片，同時基于玻璃、聚合物等其他非半導(dǎo)體材料體系光子芯片的制備工藝仍然是以光刻為主，這極大的限制了光子芯片的立體構(gòu)建以及三維功能拓展。

光刻工藝制備的微納器件由于工藝限制，截面形貌基本為矩形，對器件的表面形貌控制能力極差。同時飛秒激光直寫是利用高能脈沖直接作用于材料，能夠?qū)崿F(xiàn)三維的、深納米尺度分辨率和任意結(jié)構(gòu)設(shè)計的無掩模加工。然而，由于飛秒激光直寫是由點成線的逐點掃描，將其直接應(yīng)用到片上器件制備的話就會面臨加工耗時的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種快速制備任意截面聚合物波導(dǎo)的方法。利用飛秒激光和紫外光源對波導(dǎo)殼體和內(nèi)芯進(jìn)行分步曝光，從而實現(xiàn)對具有復(fù)雜截面的微米級別波導(dǎo)的快速加工。在分步曝光中，先利用飛秒激光直寫掃描波導(dǎo)結(jié)構(gòu)表層，通過顯影便可實現(xiàn)對波導(dǎo)殼體的快速定型；同時，由于所形成的致密波導(dǎo)殼體對內(nèi)芯未交聯(lián)的聚合物單體形成了嚴(yán)密包覆，顯影后內(nèi)芯的聚合物單體仍保持未交聯(lián)狀態(tài)；然后，再對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體紫外曝光，使得波導(dǎo)內(nèi)芯均勻交聯(lián)，形成折射率均一的介質(zhì)，從而最終實現(xiàn)對整個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加工。本發(fā)明的方法在不犧牲長程波導(dǎo)外部精細(xì)度(表面粗糙度、截面復(fù)雜度)的前提下，實現(xiàn)了快速制備復(fù)雜長程片上聚合物基波導(dǎo)的目標(biāo)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中精細(xì)與耗時難以兼顧的問題。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種制備任意截面聚合物波導(dǎo)的方法，具體步驟如下：

步驟一：樣品調(diào)平；

首先，在硅片上旋涂聚合物平膜；然后將待加工樣品固定到帶有調(diào)節(jié)裝置的移動臺上；然后，打開加工光路中的光閘，激光被高倍物鏡聚焦，通過調(diào)節(jié)移動臺高度，使飛秒激光聚焦于聚合物/硅交界面；然后，控制移動臺沿樣品片長軸方向水平運動2cm，通過調(diào)節(jié)移動臺的調(diào)節(jié)裝置，使移動臺移動時激光焦點始終聚焦于該交界面而不發(fā)生相對移動且光點形貌不變；然后，控制移動臺沿樣品片面短軸方向水平運動2cm，通過調(diào)節(jié)樣品臺的調(diào)節(jié)裝置，使移動臺移動時激光焦點始終聚焦于該交界面而不發(fā)生相對移動且光點形貌不變；此時，待加工樣品臺已調(diào)平；

步驟二、飛秒激光掃描待加工樣品制備波導(dǎo)殼體；